采用UG、HyperMesh 和ANSYS的齿轮轴模态分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)华中科技大学 作者:舒彪

  借助UG 强大的几何建模功能、HyperMesh 强大的网格划分能力以及ANSYS 的有限元分析功能,采用将三者结合的分析方法,对齿轮轴进行模态分析,得出了其低阶固有频率和振型,对正确合理地设计齿轮轴结构具有理论意义。

  齿轮轴是减速器的重要组成部分,齿轮轴在高速运行状态下的动态特性,如振动、噪声、稳定性是判断其性能的重要指标,也是影响减速器整机运行性能的重要因素。因此,对齿轮轴进行模态分析,能为齿轮轴的正确合理设计、使其具有良好的动态性能指标、以及解决结构上出现的动态性能缺陷问题提供理论依据。针对某型号减速器的齿轮轴,本文在对其进行模态分析的几何建模、网格划分、分析计算各个不同。

  分析阶段分别采用不同的软件,综合运用UG 软件、HyperMesh 软件、ANSYS 软件的各自特点,以提高解决问题的效率和精度。

  UG、HyperMesh、ANSYS软件简介

  UG 软件为交互式CAD/CAM 系统,它功能强大,可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它最突出的优点就是其几何建模功能,但它在有限元网格划分及有限元分析计算和后处理方面的功能较为薄弱。

  HyperMesh 软件是一个高性能的有限元前后处理软件,是美国Atair 公司的产品。它最著名的特点是具有强大的有限元网格前处理和后处理功能。但与UG相比,其几何建模功能较为薄弱,且操作界面不友好;与ANSYS 相比,其有限元分析时材料和单元类型较少,求解方法难以设置,在有限元分析计算与结果处理方面的性能也较为逊色。

  ANSYS 是融结构、流体、电场、磁场和声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。可以进行结构分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力。尽管其内有几何建模模块,但是在处理复杂形状时,其建模功能远不如专业化几何建模软件UG 强大。在网格划分方面也与专业化的有限元前后处理软件HyperMesh有一定的差距。

  综上所述,利用UG 对齿轮轴几何建模,然后利用HyperMesh 划分网格建立有限元模型,采用ANSYS进行分析计算,可以综合运用三个软件的优势,有效地提高整个分析计算过程的速度和质量。

  1) 将UG、HyperMesh、ANSYS 软件相结合,对齿轮轴进行了几何建模、有限元建模以及模态分析。这种在有限元分析的各阶段分别采用不同软件的方法可以综合运用不同软件的优点,克服了单一软件在建模速度、单元质量和求解等方面的不足,大大减少了有限元分析的工作量,提高了CAE 分析的效率。该方法具有一定的通用性,也可应用于其他结构的有限元分析中。

  2) 用ANSYS 有限元方法对曲轴进行模态分析,并运用Block Lancozos 提取了齿轮轴的第1、4、5 阶非刚体固有频率和振型,同时,对齿轮轴进行了约束状态下的模态试验,验证了有限元模态分析方法的正确性。这为齿轮轴的正确合理设计,解决结构上出现的动态性能缺陷问题提供了理论依据。

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